CN111560556A - 一种低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法 - Google Patents

一种低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法，其炼钢工艺流程为转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸；轧钢工艺流程：铸坯加热—高压水除磷—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切—缓冷—无损检测—堆垛—检查—修磨—打捆—入库—发货；轧制工艺中控制的技术参数为：加热温度1150—1200℃，保温时间≥3小时；开轧温度≤1100℃；终轧温度≤780℃；缓冷时间≥48小时；其轧后的组织为铁素体+珠光体组织。本发明通过热轧状态交货，无需复杂热处理工艺，具有较宽的工艺窗口。

Description

一种低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法
技术领域
本发明涉及材料冶金技术领域，尤其涉及一种低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法。
背景技术
目前能源问题越来越严重，随着煤、石油等化石能源的大量开采，燃料中的硫含量越来越高，从而导致燃烧、热交换等设备遭受到严重腐蚀，特别是在热交换过程中发生的硫酸露点腐蚀。例如烟道、烟囱、脱硫装置等。燃料中通常含有质量分数2％～3％的硫，经燃烧后在烟气中产生体积分数约0.2％的SO2，其中又有体积分数1％～2％的SO2受颗粒粉尘、金属氧化物等的催化作用而生成SO3，再与烟气中的水分结合生成硫酸，在处于露点以下的金属表面凝结并腐蚀金属。国内外的学者在这一方面做了大量的研究工作，开发出了多个系列的耐硫酸露点腐蚀钢，例如我国的09CrCuSb合金，国外的CORTEN、NAC-2B、NAC合金等，通过实现合金元素的合理配比，能够使钢材在腐蚀过程中生成富含Cu、Sb、Cr和Ti等元素的致密腐蚀层，且使金属腐蚀电位向钝化区移动并保持相对较低的维钝电流密度，从而使耐硫酸露点腐蚀钢的耐蚀性得到保障。然而，这些手段往往需要大量昂贵的合金元素。利用稀土元素进行合金化可以提高钢材的耐硫酸露点腐蚀性能。稀土元素具有脱氧脱硫、减少夹杂等作用，大量实例证明，稀土合金化在耐腐蚀方面作用突出。我国具有稀土资源优势，利用稀土元素合金化开发稀土耐硫酸露点腐蚀钢符合我国的基本国情。
经检索，公开号为CN105200349A的文献，公开了一种生产耐硫酸露点腐蚀圆钢09CrCuSb的方法。其化学成分为：C：0.06-0.09％，Mn：0.48-0.60％，Si：0.26-0.38％，Cr：0.90-1.00％，Sb：0.07-0.09％，Cu：0.30-0.40％，Re：0.005-0.010％，P：≤0.015％，S：≤0.008％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。该钢种通过转炉—精炼—VD真空处理—连铸—轧制等工艺得到耐硫酸露点腐蚀圆钢09CrCuSb。但其生产过程工艺复杂，C元素处于包晶钢范围内，在连铸过程中会出现水口结瘤，拉速不稳定，液面波动等现象，造成铸坯裂纹产生。
经检索，公开号为CN1490427A的文献，公开了耐硫酸腐蚀露点无缝钢管低合金钢—09CrCuSb(ND钢)。该钢种其化学成分重量百分比：C：≤12％，Si：0.20-0.40％，Mn：0.35-0.65％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Cr：0.70-1.10％，Cu：0.25-0.45％，Sb：0.04-0.10％，Ti：0.03-0.07％，其余为Fe。工艺：铁水脱硫；转炉冶炼；真空处理；铸坯加热；热送连轧。该钢种C、Cr、Sb含量范围较宽泛，不易控制。此外，由于其C含量较高，Ti元素含量不宜过高，因为过高的Ti含量在高C含量的情况下容易在凝固、高温轧制过程中析出较大的碳化物、碳氮化物颗粒，不仅影响Ti的析出强化效果，大的析出物对韧性也不利，因此该专利的合金设计不利于推广使用。
上述文献的制备工艺和化学成分较为复杂，制造成本较高，难以满足大工业生产耐硫酸腐蚀用钢的生产需求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法，通过热轧状态交货，无需复杂热处理工艺，具有较宽的工艺窗口。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法，炼钢工艺流程为转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸，轧钢工艺流程：铸坯加热—高压水除磷—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切—缓冷—无损检测—堆垛—检查—修磨—打捆—入库—发货；轧制工艺中控制的技术参数为：
加热温度1150—1200℃，保温时间≥3小时；开轧温度≤1100℃；终轧温度≤780℃；缓冷时间≥48小时；
其轧后的组织为铁素体+珠光体组织。
进一步的，其化学成分按质量百分为：C：0.11-0.13％，Mn：0.50-0.60％，Si：0.25-0.30％，Cr：0.80-0.90％，Sb：0.04-0.06％，Ti：0.03-0.0.06％，Cu：0.30-0.40％，RE：0.01-0.02％，P：0.010-0.014％，S：＜0.010％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
进一步的，其化学成分按质量百分为：C：0.12％，Mn：0.55％，Si：0.27％，Cr：0.85％，Sb：0.05％，Ti：0.04％，Cu：0.32％，RE：0.012％，P：0.013％，S：0.005％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
进一步的，其化学成分按质量百分为：C：0.11％，Mn：0.54％，Si：0.27％，Cr：0.87％，Sb：0.06％，Ti：0.05％，Cu：0.34％，RE：0.015％，P：0.014％，S：0.003％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
进一步的，其化学成分按质量百分为：C：0.11％，Mn：0.57％，Si：0.26％，Cr：0.86％，Sb：0.06％，Ti：0.05％，Cu：0.37％，RE：0.014％，P：0.012％，S：0.004％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
进一步的，制备的圆钢的力学性能如下：屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥570MPa，断后延伸率≥18％，-40℃KV2≥34J。
本发明主要化学成分限定理由如下：
C：C是提高钢材强度最有效的元素，C含量的增加钢的抗拉强度和屈服强度随之提高，但延伸率和冲击韧性下降，耐腐蚀能力也会下降，而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。为保证圆钢获得良好的综合性能，本发明钢C元素含量设计为0.11-0.13％。
Mn：Mn是重要的强韧化元素，且成分低廉，随着锰含量的增加，钢的强度明显提升，改善钢的加工性能，而韧脆转变温度几乎不发生变化。但锰含量过高，会抑制铁素体的转变，影响钢的屈服强度，不利于屈强比的控制。本发明钢的Mn元素含量设计为0.50-0.60％。
Cu：Cu除了具有与Ni大体相同的作用外，Cu的析出物还有提高钢的高温强度和耐大气腐蚀性能。本发明钢的Cu元素含量设计为0.30-0.40％。
Cr：Cr能提高钢的强度、硬度和耐大气腐蚀性能，加入其他合金元素时，效果较显著。铬可以减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性，并有二次硬化作用，但亦增加钢的回火脆性倾向。但铬含量过高时，会降低基材和热影响区的韧性。本发明钢的Cr元素含量设计为0.80-0.90％。
Si：Si能改善钢的耐腐蚀性能，常被添加到不锈钢、低合金钢、耐蚀合金中，以提高这些合金的耐蚀性，使它们具有耐氯化物应力腐蚀破裂、耐点蚀、耐热浓硝酸腐蚀、抗氧化、耐海水腐蚀等性能。研究表明，在湿热大气环境中，Si能明显改善碳钢和低合金钢的耐大气腐蚀性能，另外，Si还能提高低合金钢在海水中飞溅带的耐蚀性。本发明钢的Si元素含量设计为0.25-0.30％。
Sb：能够显著降低降低钢的强度和韧性，增加钢的高温脆性，但是能够增加钢的耐硫酸腐蚀性能。本发明钢的Sb元素含量设计为0.04-0.06％。
Ti：Ti在钢中固溶度较低，易在奥氏体中析出，钉扎在晶界处，阻止晶粒长大和再结晶，可以起到细化晶粒作用，另外Ti还是钢中强脱氧剂，能使钢内部组织致密，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能，另外Ti由于较低的固溶度，易在奥氏体到铁素体的转变过程中以相间析出的形式出现，提高高温强度。本发明钢中钛元素含量设计为0.03-0.06％。
P，S：P，S是钢中的杂质元素。P具有一定的提高耐腐蚀性作用，但P是一种易于偏析的元素，在钢的局部产生严重偏析，降低塑性及韧性，对低温韧性极为有害。S元素在钢中易于偏析和富集，是对耐腐蚀性能用害的元素。本发明钢，在冶金质量方面严格控制了硫、磷含量水平，即P：0.010-0.014％，S＜0.010％，以满足钢种对纯净度、冲击韧性、焊接性能以及耐腐蚀性能的要求。
RE：在钢中有净化和明显的变质知用。钢的洁净度不断提高，稀土元素的微合金化作用日益突出。稀土的微合金化包括微量稀土元素的固溶强化、稀土元素与其他溶质元素和化合物的交互作用、稀土元素的存在状态(原子、夹杂物或化合物)、大小、形态和分布，特别是在晶界的偏聚以及稀土对钢表面和基体组织结构的影响
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
1)09CrCuSbRE钢的腐蚀损失质量与09CrCuSb钢相比腐蚀损失质量有所减少，腐蚀速率明显降低，且随着腐蚀时间的推进，腐蚀速率趋缓并保持在较低水平。
2)该产品通过合理的成分设计，提高有效耐腐蚀P元素的百分比含量，降低Cr和Cu的百分含量，制造成本较低是有效的是绿色产品，对环境、人员无不良影响，为企业绿色发展创造良好的环境，符合国家低碳、绿色、环保的发展理念。
3)该成分采用低碳微合金化设计，严格控制对焊接性能影响不利的元素，使材料具有优良的焊接性能，另外Ti元素的加入不但可以细化晶粒，还可以提高材料的高温强度。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步的说明，实施例仅用于解释的目的，本发明保护范围不限于本实施例。
一种低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法，炼钢工艺流程：转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸，轧钢工艺流程：铸坯加热—高压水除磷—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切(取样)—缓冷—无损检测(超声波探伤+涡流/红外/漏磁探伤)—堆垛(冷却、热收集)——检查—修磨—打捆—入库—发货；轧制工艺中控制的技术参数为：
1)加热温度1150—1200℃，保温时间≥3小时；
2)开轧温度≤1100℃；
3)终轧温度≤780℃；
4)缓冷时间≥48小时。
其轧后的组织为铁素体+珠光体组织。圆钢力学性能如下：(1)常规力学性能：屈服强度≥245MPa，抗拉强度≥390MPa，断后延伸率≥25％，常温KV2≥34J；(2)20℃ReL≥245MPa；100℃ReL≥220MPa；150℃ReL≥205MPa；200℃ReL≥190MPa。
表1为本发明各实施例的化学成分及重量百分比含量列表；
表2为本发明各实施例力学、耐腐蚀性能等检测结果列表。
表1各实施例的化学成分及重量百分比含量
实施例 C Si Mn P S Cu Cr Ti Sb RE
1 0.12 0.27 0.55 0.013 0.005 0.32 0.85 0.04 0.05 0.012
2 0.11 0.27 0.54 0.014 0.003 0.34 0.87 0.05 0.06 0.015
3 0.11 0.26 0.57 0.012 0.004 0.37 0.86 0.05 0.06 0.014
表2各实施例力学、耐火性能、耐候性能等检测结果
Figure BDA0002503431990000071
通过表2数据可以看出：
1)本发明的实施例钢材产品的屈服强度、抗拉强度、延伸率、冲击韧性、耐腐蚀性能都达到一种低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的性能要求。
2)与普通的耐硫酸09CrCuSb相比，各项力学性能指标及耐腐蚀指标都有所提高。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法，其炼钢工艺流程为转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸；轧钢工艺流程：铸坯加热—高压水除磷—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切—缓冷—无损检测—堆垛—检查—修磨—打捆—入库—发货；其特征在于：轧制工艺中控制的技术参数为：
加热温度1150—1200℃，保温时间≥3小时；开轧温度≤1100℃；终轧温度≤780℃；缓冷时间≥48小时；
其轧后的组织为铁素体+珠光体组织。
2.根据权利要求1所述的低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法，其特征在于：其化学成分按质量百分为：C：0.11-0.13％，Mn：0.50-0.60％，Si：0.25-0.30％，Cr：0.80-0.90％，Sb：0.04-0.06％，Ti：0.03-0.0.06％，Cu：0.30-0.40％，RE：0.01-0.02％，P：0.010-0.014％，S：＜0.010％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
3.根据权利要求1所述的低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法，其特征在于：其化学成分按质量百分为：C：0.12％，Mn：0.55％，Si：0.27％，Cr：0.85％，Sb：0.05％，Ti：0.04％，Cu：0.32％，RE：0.012％，P：0.013％，S：0.005％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
4.根据权利要求1所述的低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法，其特征在于：其化学成分按质量百分为：C：0.11％，Mn：0.54％，Si：0.27％，Cr：0.87％，Sb：0.06％，Ti：0.05％，Cu：0.34％，RE：0.015％，P：0.014％，S：0.003％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
5.根据权利要求1所述的低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法，其特征在于：其化学成分按质量百分为：C：0.11％，Mn：0.57％，Si：0.26％，Cr：0.86％，Sb：0.06％，Ti：0.05％，Cu：0.37％，RE：0.014％，P：0.012％，S：0.004％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
6.根据权利要求1所述的低成本耐硫酸腐蚀09CrCuSbRE热轧圆钢的制备方法，其特征在于：制备的圆钢的力学性能如下：屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥570MPa，断后延伸率≥18％，-40℃KV2≥34J。
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